JP2023146613A - 電源制御回路及び電源制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】定電流定電圧電源をターンオフする際に発生する電流のアンダーシュートを改善する電源制御回路及び電源制御方法を提供する。【解決手段】電源回路１において、パワー部に制御値を出力する制御部は、電源の電圧測定値を電圧目標値にする制御値を出力する電圧制御モードで動作する電圧制御部と、電源の電流測定値を電流目標値にする制御値を出力する電流制御モードで動作する電流制御部と、各制御部の出力側に接続され、両制御モードの何れか一方で制御値を出力する選択部２３と、所定の電流指令値と電流測定値との誤差を小さくするように制御値を出力する補助電流制御モードで動作する補助電流制御部２４と、選択部及び補助電流制御部の出力側に接続され、電源のターンオンの際には選択部によって出力された制御モードで制御値をパワー部へ出力し、電源のターンオフの際には補助電流制御モードで制御値をパワー部へ出力する合成部２５と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電源制御回路及び電源制御方法に関する。

特許文献１には、定電流（ＣＣ:Constant Current）制御から定電圧（ＣＶ：Constant Voltage）制御又はＣＶ制御からＣＣ制御に制御が切り替わる際の操作量の変更に起因して制御が不安定となるという課題に対して、選択された操作量に対してフィルタをかけることにより、制御が切り替わる際の安定性を確保することが記載されている。

特開２０１７－１７８９０号公報

特許文献１記載の装置においては、電圧及び電流の両方が正出力である場合、又は、電圧及び電流の両方が負出力である場合に操作量（制御値）の制御が可能となる。このため、例えば定電流定電圧電源をターンオフする際に電圧が正出力で電流が負の方向に流れてしまう場合、電流の制御ができなくなり、電流のアンダーシュート（マイナス電流が流れる現象）が発生するおそれがある。定電流定電圧電源をターンオフすることは、定電流定電圧電源に対して通電をやめること、又は、定電流定電圧電源を切ることを指す。

本発明の実施の形態の一態様においては、電源のパワー部に制御値を出力する電源制御回路は、電源の電圧測定値が電圧目標値となるように制御値を出力する電圧制御モードで動作する電圧制御部と、電源の電流測定値が電流目標値となるように制御値を出力する電流制御モードで動作する電流制御部と、電圧制御部及び電流制御部の出力側に接続され、電圧制御モード及び電流制御モードの何れか一方で制御値を出力する選択部と、所定の電流指令値と電流測定値との誤差を小さくするように制御値を出力する補助電流制御モードで動作する補助電流制御部と、選択部及び補助電流制御部の出力側に接続され、電源のターンオンの際には選択部によって出力された制御モードで制御値をパワー部へ出力し、電源のターンオフの際には補助電流制御モードで制御値をパワー部へ出力する合成部と、を備える。

本発明によれば、定電流定電圧電源をターンオフする際に発生する電流のアンダーシュートを改善できる技術を提供できる。

本実施の形態による電源制御回路が備わる電源回路の一例を示す図である。 電圧電流制御の制御可能な範囲を示す図である。 比較例に係る電源制御回路が備わる電源回路の一例を示す図である。 比較例及び実施例における電圧電流制御の測定結果である。 指令処理に関する処理手順を示すフローチャートである。

（本実施の形態）
以下、図面を参照して、本実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は繰り返さない。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。「上」「下」「左」「右」の語は、図示する状態に基づくものであり、便宜的なものである。

図１は、本実施の形態による電源制御回路が備わる電源回路１の一例を示す図である。図１に示す電源回路１は、一定の電圧及び一定の電流を印加可能な定電圧定電流電源（以下、これを単に電源と呼んでもよい）を制御する回路である。

電源回路１は、制御部２（電源制御回路の一例）及びパワー部３を備える。図１に示す例では、電源回路１は、疑似ワークとして負荷４に一定の電圧及び一定の電流を印加する。

制御部２は、定電圧定電流電源のパワー部３に制御値を出力する。制御値は、一例として電圧値である。パワー部３は、制御部２から出力された制御値に基づいて定電圧定電流電源を動作させ、出力電圧Ｖｏｕｔを負荷４に印加する。

負荷４に印加される電圧は、電圧計で計測される。負荷４に印加される電流は、電流計で計測される。計測された電圧及び電流に基づいて、制御部２において制御値が調整される。これにより、負荷４の負荷が変化した場合であっても、定電流及び定電圧が印加される。

制御部２は、電圧制御部２１、電流制御部２２、選択部２３、ターンオフ時電流制御部２４、及び、合成部２５を備える。ターンオフ時電流制御部２４は、ターンオフの際の電流制御を補助する補助電流制御部の一例として挙げている。

電圧制御部２１は、定電圧定電流電源の電圧測定値が電圧目標値となるように制御値を出力する電圧制御モードで動作する。電圧制御部２１は、電圧指令値Ｖｒｅｆ１と電圧測定値Ｖｒｅａｌ１との誤差を打ち消すように調整された制御値を出力する。

電圧制御部２１は、電圧指令値Ｖｒｅｆ１を入力する第１の入力端、第１の入力端に接続された第１の抵抗Ｒ１、電圧測定値Ｖｒｅａｌ１を入力する第２の入力端、第２の入力端に接続された第２の抵抗Ｒ２及びエラーアンプである第１の演算増幅器Ｕ１を有する。

例えば、第１の演算増幅器Ｕ１と、第１の演算増幅器Ｕ１に並列に接続されたコンデンサと、第１の演算増幅器Ｕ１に直列に接続された第１の抵抗Ｒ１又は第２の抵抗Ｒ２とでＰＩ（Proportional-Integral）制御のようなフィードバック制御が行われる。

図１のように第１の演算増幅器Ｕ１に並列に接続されたコンデンサには直列に抵抗が接続されていてもよい。例えば、フィードバック制御とは、入力値をもとに出力される出力値を目標値（本実施の形態のターンオフの際は例えば０）と比較して入力値に反映させる制御のことを指す。第１の演算増幅器Ｕ１に並列に接続されたコンデンサに直列に接続される抵抗は定電流定電圧電源のターンオン又はターンオフなどに要する時間を調整するために接続される。定電流定電圧電源をターンオンするとは、定電流定電圧電源に対して通電を始めること、又は、定電流定電圧電源を入れることを指す。

電圧指令値Ｖｒｅｆ１は定電圧定電流電源の目標電圧値である。電圧指令値Ｖｒｅｆ１は、定電圧定電流電源の性能範囲内で任意の値に設定される。電圧測定値Ｖｒｅａｌ１は、負荷４に接続された電圧計によって計測された電圧値である。第１の抵抗Ｒ１及び第２の抵抗Ｒ２のそれぞれの出力側は、第１の演算増幅器Ｕ１の非反転入力端子（－）に接続される。

第１の入力端及び第２の入力端が、第１の抵抗Ｒ１及び第２の抵抗Ｒ２を介して、第１の演算増幅器Ｕ１の非反転入力端子（－）に接続されるため、電圧指令値Ｖｒｅｆ１及び電圧測定値Ｖｒｅａｌ１の偏差が第１の演算増幅器Ｕ１の非反転入力端子（－）に入力される。第１の演算増幅器Ｕ１の反転入力端子（＋）は接地される。

電圧指令値Ｖｒｅｆ１及び電圧測定値Ｖｒｅａｌ１の偏差が第１の演算増幅器Ｕ１の非反転入力端子（－）に入力されるため、電圧指令値Ｖｒｅｆ１及び電圧測定値Ｖｒｅａｌ１の偏差が増幅され、偏差の逆特性の制御値が出力される。第１の演算増幅器Ｕ１には、位相補償のために抵抗及びコンデンサが接続される。

電流制御部２２は、定電圧定電流電源の電流測定値が電流目標値となるように制御値を出力する電流制御モードで動作する。電流制御部２２は、電流指令値Ｉｒｅｆ１と電流測定値Ｉｒｅａｌ１との誤差を打ち消すように調整された制御値を出力する。

電流制御部２２は、電流指令値Ｉｒｅｆ１を入力する第３の入力端、第３の入力端に接続された第３の抵抗Ｒ３、電流測定値Ｉｒｅａｌ１を入力する第４の入力端、第４の入力端に接続された第４の抵抗Ｒ４、及びエラーアンプである第２の演算増幅器Ｕ２を有する。

例えば、第２の演算増幅器Ｕ２と、第２の演算増幅器Ｕ２に並列に接続されたコンデンサと、第２の演算増幅器Ｕ２に直列に接続された第３の抵抗Ｒ３又は第４の抵抗Ｒ４とでＰＩ（Proportional-Integral）制御のようなフィードバック制御が行われる。

図１のように第２の演算増幅器Ｕ２に並列に接続されたコンデンサには直列に抵抗が接続されていてもよい。第２の演算増幅器Ｕ２に並列に接続されたコンデンサに直列に接続される抵抗は定電流定電圧電源のターンオン又はターンオフなどに要する時間を調整するために接続される。

電流指令値Ｉｒｅｆ１は定電圧定電流電源の目標電流値である。電流指令値Ｉｒｅｆ１は、定電圧定電流電源の性能範囲内で任意の値に設定される。電流測定値Ｉｒｅａｌ１は、負荷４に接続された電流計によって計測された電流値である。

第３の抵抗Ｒ３及び第４の抵抗Ｒ４のそれぞれの出力側は、第２の演算増幅器Ｕ２の非反転入力端子（－）に接続される。第３の入力端及び第４の入力端が、第３の抵抗Ｒ３及び第４の抵抗Ｒ４を介して、第２の演算増幅器Ｕ２の非反転入力端子（－）に接続されるため、電流指令値Ｉｒｅｆ１及び電流測定値Ｉｒｅａｌ１の偏差が第２の演算増幅器Ｕ２の非反転入力端子（－）に入力される。第２の演算増幅器Ｕ２の反転入力端子（＋）は接地される。

電流指令値Ｉｒｅｆ１及び電流測定値Ｉｒｅａｌ１の偏差が第２の演算増幅器Ｕ２の非反転入力端子（－）に入力されるため、電流指令値Ｉｒｅｆ１及び電流測定値Ｉｒｅａｌ１の偏差が増幅され、偏差の逆特性の制御値が出力される。第２の演算増幅器Ｕ２には、位相補償のために抵抗及びコンデンサが接続される。

選択部２３は、電圧制御部２１及び電流制御部２２の出力側に接続され、電圧制御モード及び電流制御モードの何れか一方で制御値を出力する。選択部２３は、電圧制御部２１及び電流制御部２２を並列接続する。

選択部２３は、第５の抵抗Ｒ５、第１のダイオードＤ１及び第２のダイオードＤ２を有する。例えば、選択部２３は、制御値の絶対値がより小さくなるように、電圧制御モード及び電流制御モードのうちの何れか一方のモードで制御値を出力するようにする。例えば、制御値は電圧に換算されたうえで計算されるものとする。

第５の抵抗Ｒ５の入力端は、電圧制御部２１の第１の演算増幅器Ｕ１の出力側に接続される。第１のダイオードＤ１及び第２のダイオードＤ２は、電流制御部２２の第２の演算増幅器Ｕ２の出力側に並列に接続される。

第１のダイオードＤ１が第２の演算増幅器Ｕ２の出力と逆方向の向きに接続されることで、第１のダイオードＤ１のカソードが第２の演算増幅器Ｕ２の出力に向くように第２の演算増幅器Ｕ２の出力側に接続される。

第２のダイオードＤ２が第２の演算増幅器Ｕ２の出力と正方向の向きに接続されることで、第２のダイオードＤ２のカソードが第２の演算増幅器Ｕ２の出力と同一方向に向くように第２の演算増幅器Ｕ２の出力側に接続される。

第１のダイオードＤ１及び第２のダイオードＤ２は、スイッチにより何れか一方が第２の演算増幅器Ｕ２の出力側に接続される。第２の演算増幅器Ｕ２の出力が正出力の際に、第１のダイオードＤ１が第２の演算増幅器Ｕ２の出力側に接続され、かつ、第２の演算増幅器Ｕ２の出力が負出力の際、第２のダイオードＤ２が第２の演算増幅器Ｕ２の出力側に接続される。第１のダイオードＤ１及び第２のダイオードＤ２は、電流制御部２２の出力側に出力と逆方向の向きに接続される。

選択部２３においては、電圧制御部２１の出力側に第５の抵抗Ｒ５が接続され、電流制御部２２の出力側に第１のダイオードＤ１及び第２のダイオードＤ２の何れか一方が接続される。

選択部２３は、第５の抵抗Ｒ５の出力側、第１のダイオードＤ１及び第２のダイオードＤ２の出力側に接続された出力端を有することで、電圧制御部２１及び電流制御部２２を並列接続し、電圧制御部２１及び電流制御部２２の何れか一方を動作させる、いわゆるダイオードＯＲ接続を構成する。

ダイオードＯＲ接続の場合、電圧制御部２１による電圧制御モードで制御値が出力される際には、電流制御部２２の第２の演算増幅器Ｕ２の出力が回路電源（不図示）の電圧に飽和している。

回路電源とは電源回路１に電圧もしくは電流を提供する電流源又は電圧源を指す。電流制御部２２による電流制御モードで制御値が出力される際には、電圧制御部２１の第１の演算増幅器Ｕ１の出力が回路電源の電圧に飽和している。選択部２３を備える場合、電源制御回路は、ダイオードを有する回路によって電圧制御モードと電流制御モードとを切り替えて動作する。

選択部２３の出力端は、第１０の抵抗Ｒ１０を介してパワー部３に接続される。後述するように定電圧定電流電源のターンオンの際においては、選択部２３の出力端から出力された制御値に応じてパワー部３が駆動し、負荷４に制御値に応じた電圧及び電流を印加する。

パワー部３は、一例として、第６の抵抗Ｒ６、第７の抵抗Ｒ７、第３の演算増幅器Ｕ３及び第４の演算増幅器Ｕ４を有する。選択部２３の出力側は、第３の演算増幅器Ｕ３の反転入力端子（＋）に接続される。

第３の演算増幅器Ｕ３の非反転入力端子（－）には、第６の抵抗Ｒ６及び第７の抵抗Ｒ７によって設定された電圧が入力される。第３の演算増幅器Ｕ３の出力側は、第４の演算増幅器Ｕ４の非反転入力端子（－）に接続される。第４の演算増幅器Ｕ４の反転入力端子（＋）は接地される。

パワー部３は、選択部２３から出力された制御値に応じてパルス幅を変調するＰＷＭ方式などによって駆動パルスを生成し、図示せぬドライバに送信する。パワー部３が駆動パルスをドライバに送信することで、負荷４に制御値に応じた電圧及び電流が印加される。

制御部２は、定電圧定電流電源のターンオンの際における電圧のオーバーシュートを打ち消すような改善をするために、消失部を備えてもよい。消失部は、電圧制御モードと電流制御モードとの電位差を小さくする機能を有する。

具体的には、例えば、消失部は、電圧制御部２１の制御値と電流制御部２２の制御値との差分を打ち消す。さらに具体的には、例えば、消失部は、１組（例えば、後述の第１の電位差消失部２１１及び第２の電位差消失部）であって、それぞれの消失部が、正出力の際に動作するトランジスタ（例えば、後述の第１のトランジスタＱ１又は第３のトランジスタＱ３など）と負出力の際に動作するトランジスタ（例えば、後述の第２のトランジスタＱ２又は第４のトランジスタＱ４など）とを備えることで、電圧制御部２１の制御値と電流制御部２２の制御値との差分を打ち消す。

消失部が電圧制御モードと電流制御モードとの電位差を小さくするため、電源制御回路は、例えば電源のターンオンの際において制御値の変動を小さくできる。これにより、例えば、電源制御回路は、電源のターンオンの際において発生する電圧のオーバーシュートを改善できる。

図１に示す例では、制御部２は、消失部として第１の電位差消失部２１１及び第２の電位差消失部２２１を有する。第１の電位差消失部２１１及び第２の電位差消失部２２１は、電圧制御部２１及び電流制御部２２の出力側に設けられ、電圧制御部２１の制御値と電流制御部２２の制御値との差分を打ち消すように構成される。

第１の電位差消失部２１１は、電圧制御部２１の出力側に設けられる。具体的な一例として、第１の電位差消失部２１１は、第１のトランジスタＱ１及び第２のトランジスタＱ２を有する。

第１のトランジスタＱ１は、ＰＮＰトランジスタである。第１のトランジスタＱ１のベースは、第５の抵抗Ｒ５と第１０の抵抗Ｒ１０との間に接続される。第１のトランジスタＱ１のコレクタは、第１の演算増幅器Ｕ１と第５の抵抗Ｒ５との間に接続される。

第１のトランジスタＱ１のエミッタは、第１の抵抗Ｒ１及び第２の抵抗Ｒ２と第１の演算増幅器Ｕ１との間に接続される。第２のトランジスタＱ２は、ＮＰＮトランジスタである。第２のトランジスタＱ２のベース、コレクタ及びエミッタの接続先は、第１のトランジスタＱ１と同一である。

第１のトランジスタＱ１及び第２のトランジスタＱ２は、並列接続されており、スイッチにより何れか一方が接続される。第１の演算増幅器Ｕ１の出力が正出力の際に、第１のトランジスタＱ１が接続され、第１の演算増幅器Ｕ１の出力が負出力の際に、第２のトランジスタＱ２が接続される。第２の電位差消失部２２１は、電流制御部２２の出力側に設けられる。第２の電位差消失部２２１の構成は、第１の電位差消失部２１１と同一である。

電圧制御部２１の出力側の電圧（制御値）と電流制御部２２の出力側の電圧（制御値）との間に電位差（偏差）がある場合、第１の電位差消失部２１１のベースエミッタ間に電流が流れることによって、コレクタエミッタ間で電流が流れ、第１の演算増幅器Ｕ１の非反転入力端子（－）の入力が増加する。

第１の演算増幅器Ｕ１の非反転入力端子（－）の入力が増加することにより、電圧制御部２１及び電流制御部２２の偏差が小さくなる方向に第１の演算増幅器Ｕ１の制御値が調整される。第２の電位差消失部２２１も同様であり、電圧制御部２１の出力側の電圧と電流制御部２２の出力側の電圧との間に電位がある場合、第２の演算増幅器Ｕ２の制御値が調整される。

制御部２のターンオフ時電流制御部２４は、定電圧定電流電源のターンオフの際における電流のアンダーシュートを改善する。ターンオフ時電流制御部２４は、所定の電流指令値と電流測定値との誤差を小さくするように制御値を出力する補助電流制御モードで動作する。

ターンオフ時電流制御部２４は、所定のＯＦＦリミット値ＯＦＦＭｒｅｆ１と電流測定値Ｉｒｅａｌ１との誤差を打ち消すように調整された制御値を出力する。ターンオフ時電流制御部２４は、ＯＦＦリミット値ＯＦＦＭｒｅｆ１を入力する第５の入力端、第５の入力端に接続された第８の抵抗Ｒ８、電流測定値Ｉｒｅａｌ１を入力する第６の入力端、第６の入力端に接続された第９の抵抗Ｒ９及びエラーアンプである第５の演算増幅器Ｕ５を有する。

例えば、第５の演算増幅器Ｕ５と、第５の演算増幅器Ｕ５に並列に接続されたコンデンサと、第５の演算増幅器Ｕ５に直列に接続された第５の抵抗Ｒ５又は第６の抵抗Ｒ６とでＰＩ（Proportional-Integral）制御のようなフィードバック制御が行われる。

図１のように第５の演算増幅器Ｕ５に並列に接続されたコンデンサには直列に抵抗が接続されていてもよい。第５の演算増幅器Ｕ５に並列に接続されたコンデンサに直列に接続される抵抗は定電流定電圧電源のターンオン又はターンオフなどに要する時間を調整するために接続される。

ＯＦＦリミット値ＯＦＦＭｒｅｆ１は、ターンオフの際の定電圧定電流電源の目標電流値である。ＯＦＦリミット値ＯＦＦＭｒｅｆ１は、定電圧定電流電源の性能範囲内で任意の値に設定される。電流測定値Ｉｒｅａｌ１は、負荷４に接続された電流計によって計測された電流値である。

第８の抵抗Ｒ８及び第９の抵抗Ｒ９のそれぞれの出力側が第５の演算増幅器Ｕ５の非反転入力端子（－）に接続されることで、ＯＦＦリミット値ＯＦＦＭｒｅｆ１及び電流測定値Ｉｒｅａｌ１の偏差が第５の演算増幅器Ｕ５の非反転入力端子（－）に入力される。第５の演算増幅器Ｕ５の反転入力端子（＋）は接地される。

ＯＦＦリミット値ＯＦＦＭｒｅｆ１及び電流測定値Ｉｒｅａｌ１の偏差が第５の演算増幅器Ｕ５の非反転入力端子（－）に入力されるため、ＯＦＦリミット値ＯＦＦＭｒｅｆ１及び電流測定値Ｉｒｅａｌ１の偏差が増幅され、偏差の逆特性の制御値が出力される。なお、第５の演算増幅器Ｕ５には、位相補償のために抵抗及びコンデンサが接続される。

合成部２５は、選択部２３及びターンオフ時電流制御部２４の出力側に接続される。合成部２５は、定電圧定電流電源のターンオンの際には選択部２３によって出力された制御モードで制御値をパワー部３へ出力する。

合成部２５は、定電圧定電流電源のターンオフの際には補助電流制御モードで制御値をパワー部３へ出力する。合成部２５は、ターンオフの際のみ補助電流制御モードで動作する。

合成部２５は、電圧制御部２１及び電流制御部２２と、ターンオフ時電流制御部２４とを並列接続する。合成部２５は、第１０の抵抗Ｒ１０、第３のダイオードＤ３、第４のダイオードＤ４、第５のダイオードＤ５及び第６のダイオードＤ６を有する。

第１０の抵抗Ｒ１０の入力端は、第５の抵抗Ｒ５の出力側（選択部２３の出力側）に接続される。第５のダイオードＤ５及び第６のダイオードＤ６は、ターンオフ時電流制御部２４の第５の演算増幅器Ｕ５の出力側に並列に接続される。第５のダイオードＤ５は、第５の演算増幅器Ｕ５の出力と正方向の向き（同一方向）に接続される。

第５のダイオードＤ５のカソードが第５の演算増幅器Ｕ５の出力と同一方向に向くように第５の演算増幅器Ｕ５の出力側に接続される。第６のダイオードＤ６は、第５の演算増幅器Ｕ５の出力と逆方向の向きに接続される。つまり、第６のダイオードＤ６のカソードが第５の演算増幅器Ｕ５の出力と逆方向に向くように第５の演算増幅器Ｕ５の出力側に接続される。

第５のダイオードＤ５及び第６のダイオードＤ６は、スイッチにより何れか一方が第５の演算増幅器Ｕ５の出力側に接続される。第５の演算増幅器Ｕ５の出力が正出力の際に、第５のダイオードＤ５が第５の演算増幅器Ｕ５の出力側に接続され、第５の演算増幅器Ｕ５の出力が負出力の際に、第６のダイオードＤ６が第５の演算増幅器Ｕ５の出力側に接続される。第５のダイオードＤ５及び第６のダイオードＤ６は、電流制御部２２の出力側に出力と同一の方向の向きに接続される。

第３のダイオードＤ３及び第４のダイオードＤ４は、ターンオフ時電流制御部２４の第５の演算増幅器Ｕ５と並列に接続される。第３のダイオードＤ３は、第５の演算増幅器Ｕ５の出力と正方向の向きに接続される。

第３のダイオードＤ３のカソードが第５の演算増幅器Ｕ５の出力と同一方向に向くように接続される。第４のダイオードＤ４は、第５の演算増幅器Ｕ５の出力と逆方向の向きに接続される。第４のダイオードＤ４のカソードが第５の演算増幅器Ｕ５の出力と逆方向に向くように接続される。

第３のダイオードＤ３及び第４のダイオードＤ４は、スイッチにより何れか一方が第５の演算増幅器Ｕ５の出力側に接続される。第５の演算増幅器Ｕ５の出力が正出力の際に、第３のダイオードＤ３が第５の演算増幅器Ｕ５の出力側に接続され、第５の演算増幅器Ｕ５の出力が負出力の際に、第４のダイオードＤ４が第５の演算増幅器Ｕ５の出力側に接続される。

第３のダイオードＤ３及び第４のダイオードＤ４は、電流制御部２２の出力側に出力と同一の方向の向きに接続される。なお、合成部２５は、第３のダイオードＤ３及び第４のダイオードＤ４を有していなくてもよい。

合成部２５においては、第５の抵抗Ｒ５の出力側に第１０の抵抗Ｒ１０が接続され、ターンオフ時電流制御部２４の出力側に第５のダイオードＤ５及び第６のダイオードＤ６の何れか一方が接続される。

合成部２５は、第１０の抵抗Ｒ１０の出力側、第５のダイオードＤ５及び第６のダイオードＤ６の出力側に接続された出力端を有する。つまり、合成部２５は、電圧制御部２１及び電流制御部２２と、ターンオフ時電流制御部２４とを並列接続し、電圧制御部２１（又は電流制御部２２）と、ターンオフ時電流制御部２４との何れか一方を動作させる。

上述のような合成部２５によれば、電源のターンオンの際、電流制御部２２の出力端の電圧及び電圧制御部２１の出力端の電圧の何れか一方でパワー部３が制御され、補助電流制御部の出力端の電圧（制御値）はほぼ０となる。

電源のターンオフの際においては、電圧制御部及び電流制御部の出力端の電圧がほぼ０になるとともに、補助電流制御部の出力端の電圧によってパワー部が制御される補助電流制御モードで動作する。合成部２５を備える場合、電源制御回路は、電源のターンオフの際において、ダイオードを有する回路によって補助電流制御モードで動作する。

図２は、電圧電流制御の制御可能な範囲を示す図である。図２の（Ａ）に示すように、電圧制御モード及び電流制御モードでは、電圧及び電流の両方が正出力である場合、又は、電圧及び電流の両方が負出力である場合に、制御値の制御が可能となる。

例えば、定電流定電圧電源をターンオフする際に電圧が正出力で電流が負の方向に流れてしまう場合、電流の制御ができなくなり、電流のアンダーシュートが発生するおそれがある。

ターンオフ時電流制御部２４は、ターンオフの際に、所定のＯＦＦリミット値ＯＦＦＭｒｅｆ１と電流測定値Ｉｒｅａｌ１との誤差を打ち消すように調整された制御値を出力するため、電圧制御モード及び電流制御モードでは制御不能であった範囲も、制御可能となる。

例えば、図２の（Ｂ）に示すように、第２象限、第４象限も制御可能な範囲となるため、電圧が正出力で電流が負の方向に流れてしまう場合であっても、電流を正方向に流すように制御できるので、電流のアンダーシュートを改善できる。

制御部２においては、定電圧定電流電源がターンオンされている間は、選択部２３によって電圧制御モード及び電圧制御モードの何れか一方の制御モードで制御値が出力される。例えば、電圧制御モードは、電圧測定値が電圧目標値となるように制御値を出力する定電圧制御モードとする。

例えば、電流制御モードは、電流測定値が電流目標値となるように制御値を出力する定電流制御モードとする。各制御モードが定電圧定電流電源の、電圧を一定に保つ機能である定電圧機能又は電流を一定に保つ機能である定電流機能を実現している。定電圧定電流電源がターンオフされた際、制御値は補助電流制御モードで出力される。

制御部２は、例えば電圧が正出力の際に負電流が流れる場合であっても、電流が電流指令値となるように制御できる。よって、制御部２は、定電流定電圧電源をターンオフする際に発生する電流のアンダーシュートを改善できる。

上述した本実施の形態による制御部２は本発明に係る制御部の一例を示すものである。本発明による制御部２は、本実施の形態による制御部２に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、本実施の形態による制御部２を変形し、又は、他のものに適用したものであってもよい。

図３を用いて本実施の形態による電源回路１を用いた際の電圧のオーバーシュート及び電流のアンダーシュートの詳細について説明する。図３は、比較例に係る電源制御回路が備わる電源回路の一例を示す図である。

図３に示す電源回路１０は、電源回路１と比較して、第１の電位差消失部２１１、第２の電位差消失部２２１、ターンオフ時電流制御部２４及び合成部２５を備えていない点で相違し、その他は同一である。

図４は、比較例及び本実施の形態における電圧電流制御の測定結果である。図４の（Ａ）は、比較例に係る電圧制御及び電流制御の制御値であり、図３の第１の位置Ｐ１及び第２の位置Ｐ２で測定された結果である。

図４の（Ａ）に示すように、開始から１ｍｓで電圧制御モードの制御値が１４Ｖ付近に飽和し、電流制御モードが支配的に制御した。そして、１２ｍｓのタイミングで、電流制御モードの制御値が電圧制御モードの制御値を上回った（第１の範囲Ａ１）。

電流制御モードの制御値が急激に低下するとともに電流制御モードの制御値が１４Ｖ付近に飽和し、電圧制御と電流制御の切り替わりの際において制御値に差が生じていることが確認できる。

図４の（Ｂ）は、比較例の電圧電流制御を実行した場合に負荷４に印加された電圧及び電流の測定値である。測定箇所は図３の第４の位置Ｐ４及び第５の位置Ｐ５である。図４の（Ｂ）に示すように、ターンオンの際においては電圧がオーバーシュートし（第２の範囲Ａ２）、ターンオフの際においては電流がアンダーシュートすることが確認できる（第３の範囲Ａ３）。

図４の（Ｃ）は、実施例に係る電圧制御、電流制御、電流負制御の制御値であり、図１の第１の位置Ｐ１、第２の位置Ｐ２、及び第３の位置Ｐ３で測定された結果である。電流負制御は上述した補助電流制御モードである。

図４の（Ｃ）に示すように、第１の電位差消失部２１１及び第２の電位差消失部２２１によって、電圧制御と電流制御の切り替わりの際において制御値に差が生じることが回避された（第４の範囲Ａ４）。さらに、ターンオフ時電流制御部２４によって、ターンオフの際において電流値を制御できていることが確認できる（第５の範囲Ａ５）。

図４の（Ｄ）は、実施例の電圧電流制御を実行した場合に負荷４に印加された電圧及び電流の測定値である。測定箇所は図１の第４の位置Ｐ４及び第５の位置Ｐ５である。図４の（Ｄ）に示すように、ターンオンの際においては電圧のオーバーシュートが改善し（第６の範囲Ａ６）、ターンオフの際においては電流のアンダーシュートを完全に除去することはできないものの改善されていることが確認できる（第３の範囲Ａ３、第７の範囲Ａ７）。さらに、電圧が正出力の際に負電流が流れる場合であっても制御できていることが確認できる（第８の範囲Ａ８）。

本発明は上述の実施の形態には限らない。例えば、補助電流制御部は、ターンオフの際の電流制御を補助する回路などであればよく、例えば、電圧を制御することでターンオフの際の電流制御を補助するような電圧制御回路であってもよい。補助電流制御部を電圧制御回路とする場合、補助電流制御部は、例えば電圧制御部２１と電流制御部２２とを入れ替えたような回路とする。

補助電流制御部を電圧制御回路とする場合、図２の（Ｃ）に示すように、第２象限、第４象限も制御可能な範囲となるため、電圧が負出力で電流が正の方向に流れてしまう場合であっても、電圧を正出力とするように制御できるので、電圧のアンダーシュートを改善できる。

例えば、補助電流制御部は、電圧及び電流の両方を制御することでターンオフの際の電流制御を補助するような電流制御回路及び電圧制御回路であってもよい。例えば、エラーアンプによるフィードバック制御はＰＩ制御に限らずＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御などでもよいものとする。

電源回路１は、制御部２に電圧指令値Ｖｒｅｆ１、電流指令値Ｉｒｅｆ１、又はＯＦＦリミット値ＯＦＦＭｒｅｆ１といった指令５１を出すような司令部５を備えてもよい。例えば、司令部５は、１又は複数のＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）のような回路で構成されるものとする。

司令部５は、例えば、電流指令値Ｉｒｅｆ１又は電圧指令値Ｖｒｅｆ１の終了よりも後までＯＦＦリミット値ＯＦＦＭｒｅｆ１を出力するものとする。なお、例えば、司令部５は、図５に示すような指令処理のような処理手順で処理を実行する。

図５は、電源制御方法である指令処理に関する処理手順を示すフローチャートである。例えば、司令部５は、まず、電流指令値Ｉｒｅｆ１の出力を開始し（ステップＳ１）、電圧指令値Ｖｒｅｆ１の出力を開始し（ステップＳ２）、ＯＦＦリミット値ＯＦＦＭｒｅｆ１の出力を開始する（ステップＳ３）。

次に、司令部５は、電圧指令値Ｖｒｅｆ１の出力を停止し（ステップＳ４）、電流指令値Ｉｒｅｆ１の出力を停止し（ステップＳ５）、ＯＦＦリミット値ＯＦＦＭｒｅｆ１の出力を停止する（ステップＳ６）。

なお、例えば、ステップＳ１とステップＳ２とステップＳ３との順番は、それぞれ入れ替わってもよいものとする。またステップＳ４とステップＳ５との順番も入れ替わってもよいものとする。

１…電源回路、２…制御部（電源制御回路の一例）、３…パワー部、２１…電圧制御部、２２…電流制御部、２３…選択部、２４…ターンオフ時電流制御部（補助電流制御部の一例）、２５…合成部、２１１…第１の電位差消失部（消失部の一例）、２２１…第２の電位差消失部（消失部の一例）。

Claims (5)

1. 電源のパワー部に制御値を出力する電源制御回路であって、
   前記電源の電圧測定値が電圧目標値となるように前記制御値を出力する電圧制御モードで動作する電圧制御部と、
   前記電源の電流測定値が電流目標値となるように前記制御値を出力する電流制御モードで動作する電流制御部と、
   前記電圧制御部及び前記電流制御部の出力側に接続され、前記電圧制御モード及び前記電流制御モードの何れか一方で前記制御値を出力する選択部と、
   所定の電流指令値と前記電流測定値との誤差を小さくするように前記制御値を出力する補助電流制御モードで動作する補助電流制御部と、
   前記選択部及び前記補助電流制御部の出力側に接続され、前記電源のターンオンの際には前記選択部によって出力された制御モードで前記制御値を前記パワー部へ出力し、前記電源のターンオフの際には前記補助電流制御モードで前記制御値を前記パワー部へ出力する合成部と、
   を備える、電源制御回路。
2. 前記選択部は、
   前記電圧制御部の出力側に接続された抵抗と、
   前記電流制御部の出力側に出力と逆方向の向きに接続されたダイオードと、
   前記抵抗の出力側及び前記ダイオードの出力側に接続された出力端と、
   を有する、請求項１に記載の電源制御回路。
3. 前記合成部は、
   前記選択部の出力側に接続された抵抗と、
   前記補助電流制御部の出力側に出力と同一方向の向きに接続されたダイオードと、
   前記抵抗の出力側及び前記ダイオードの出力側に接続された出力端と、
   を有する、請求項１に記載の電源制御回路。
4. 前記電圧制御部及び前記電流制御部の出力側に設けられ、前記電圧制御部の前記制御値と前記電流制御部の前記制御値との差分を打ち消す消失部をさらに備える、請求項１～３の何れか１項に記載の電源制御回路。
5. 電源のパワー部に制御値を出力する電源制御回路を制御する電源制御方法であって、
   電流指令値の出力を開始する第１のステップと、
   電圧指令値の出力を開始する第２のステップと、
   ＯＦＦリミット値の出力を開始する第３のステップと、
   電圧指令値の出力を停止する第４のステップと、
   電流指令値の出力を停止する第５のステップと、
   ＯＦＦリミット値の出力を停止する第６のステップと、
   を備える電源制御方法。

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